专利名称：硼化合物悬浮液的制作方法
技术领域：
本发明涉及晶体、粉末或粒状物形式的含硼化合物，例如硼盐或硼酸或其混合物在溶剂或流体内的悬浮液。本发明进一步涉及含硼化合物的悬浮液在许多应用中的用途，例如用于吸收核裂变反应生成的中子，例如像商业上由核能生成电能一样，例如为了控制或终止反应。
背景技术：
许多含硼化合物是含硼的盐。存在许多不同种类的含硼的盐。工业中典型地使用的含硼的盐是基于钠或钾的那些。许多不同形式的硼酸钠是在各种工业领域中具有许多应用的化合物。五水合四硼酸钠(Na2B4O7CH2O)在生产绝缘玻璃纤维和过硼酸钠漂白剂中大量地使用。发现十水合四硼酸钠(Na2B4O7.IOH2O)作为粘合剂的一部分和用于抗腐蚀体系中。当焊接银或金时，硼酸钠还用作焊剂(flux)，并与氯化铵结合用于焊接含铁的金属。它们还用作许多塑料和橡胶材料的阻燃剂添加剂。在许多洗涤剂，洗衣用洗涤剂，清洁剂和漂白产品中，过硼酸钠充当活性氧源。在生产纺织玻璃纤 维和平板荧光屏监控器中，使用硼酸(boricacid)(也称为硼酸(borate acid),原硼酸或Acidum Boricum) H3BO3。它还具有抗细菌、抗真菌和抗病毒性能，且由于这些原因，它们常常用作游泳池水的消毒剂。硼酸常规地还用作杀虫剂，尤其针对蚂蚁、跳蚤和蟑螂的杀虫剂。在核电厂中，它用于吸收中子，通过吸收中子，可降低发生核裂变时的速度。它进一步用作阻燃剂和用作其他化合物的前体。硼酸以无色晶体形式或者以粉末形式提供，且缓慢地溶解在水中。当它以矿物形式出现时，它也可称为天然硼酸。硼酸和硼酸盐，例如五水合硼砂，十水合五硼酸钠，八水合偏硼酸钠，四水合四硼酸钠，八水合五硼酸钾，和尤其十水合硼砂是商业上非常广泛地使用的化合物，例如作为生产含硼产品的原料，或者作为它们本身是主要或部分组分的组合物中的成分。含硼的产品例如可以是化妆品，药品，处理皮革和纺织品的产品，洗涤剂和粘合剂，更具体地，淀粉和酪蛋白粘合剂。使用这些含硼的化合物作为原料或者作为混合物中的组分常常包括以固体形式添加它们，和在许多工艺中，以连续方式进行这一添加。目前运输固体形式的硼酸或硼酸盐的方法包括自动计量体系，例如料斗或螺杆喂料机。在工业中，常见问题是固体的含硼化合物形成团块，所述团块可堵塞供料或者引起该化合物不均匀的分布。形成团块常常与许多含硼化合物的吸湿性质有关，许多含硼化合物常常与加入到含硼化合物的组合物内可能存在的湿气结合。硼酸钠，与大多数含硼化合物一样，最典型地已知为粉末形式。然而，存在与使用含硼化合物有关的一些危险，这是因为数种这些化合物与特别的危险或者可能的人类健康问题有关。当运输和处理固体形式的含硼化合物时，发生该化合物与皮肤接触或者进入呼吸道的风险。当使用时，作为粉末，可能被吹起的微粒因此可被吸收到呼吸系统中。它们也可刺激眼睛并引起过敏反应。因此需要减少粉末形式的含硼化合物的使用。含硼化合物，例如硼酸钠和硼酸是在工业中广泛地使用的材料，因此主要需要包括对处理它们的人们来说比较安全的含硼化合物的组合物。与粉末相比，液体通常更加容易运输，且安全，这是因为它们不那么容易地被吹起。硼酸钠与硼酸和其他含硼化合物一样，可溶于水和其他溶剂中，但通常溶解度相当低。在例如水中溶解特定量的含硼化合物因此可要求大体积的液体，这因此使得它难以运输。
本发明的目的是提供能以比较安全和有效的方式运输和处理含硼化合物的组合物。
本发明旨在省去或至少减少以上所述的问题和/或一般地提供改进。
发明概述
通过使一种或多种含硼化合物成为悬浮状态，发明人实现了该想法。
本发明因此提供含硼化合物在极性溶剂、优选水中的悬浮液，其特征在于该悬浮液还包括卡波姆，优选其用量足以保持含硼化合物悬浮，和更优选保持悬浮液稳定较长的时间段。
对于含硼的化合物、硼酸盐或硼酸悬浮液来说，该化合物本身仅仅真正是部分溶解，且主要以颗粒形式保持在液体内。当在水中混合大量含硼化合物的粉末或粒状物时，该化合物不容易进入悬浮液中。发明人令人惊奇地发现，当卡波姆加入到该悬浮液中时，可确实获得在流体或溶剂内的含硼化合物的稳定悬浮液。按照这一方式，可在相对小体积液体内将大量含硼化合物引入到悬浮液中。
这一悬浮液带来的优点是，可以以紧凑和安全的方式运输大量含硼化合物。
进一步的优点是，含硼化合物颗粒不凝结，而当以粉末形式运输该化合物时，确实经常发生这种凝结。进而避免了经其运输含硼化合物的管道的堵塞。
发明人进一步发现，卡波姆影响悬浮液的粘度，并将它转化成非牛顿流体，即显示出非牛顿粘度和/或流动行为的流体。一方面，在低剪切力下，悬浮液的粘度变得相对高，在静止时，这会削弱颗粒的移动并有利地改进该悬浮液的稳定性。另一方面，在高剪切力下，该悬浮液的粘度低，这将有利地改进悬浮液的可泵送性，因为它要求很少的能量，因此有利地主要改进该悬浮液的处理。
这一流动行为便于使用常见的泵容易转移悬浮液，所述泵对于制备稀释的悬浮液来说非常便利。因此容易地调节含硼化合物在悬浮液内的浓度到需求的浓度，和这在非常宽泛的范围内，例如4，000-500, OOOppm重量的含硼化合物。
本发明的悬浮液因此可包括稳定方式的高浓度的含硼化合物，于是该化合物保持在液体内，这是因为它没有沉降，且也不可能以粉末形式吹起，然而与此同时，该悬浮液可容易泵送。
在另一实施方案中，本发明提供本发明的悬浮液用于吸收中子的用途，其中该悬浮液优选含有至少10%的硼-10，更优选至少12%硼-10，甚至更优选至少14%硼-10，优选至少16%硼-10，更优选至少18%硼-10，和仍更优选至少19%的硼-10，其中其余硼主要以硼-11形式存在。在这一应用中，可使用的含硼化合物的种类富含同位素，例如其中相对于天然存在的硼-11，与硼-10之比，硼-10同位素的存在增加。
在再一实施方案中，本发明提供本发明的悬浮液用于生产玻璃，例如玻璃纤维，优选硼硅酸盐玻璃的用途。
在再一实施方案中，本发明提供本发明的悬浮液用于生产肥料的用途。
在又一实施方案中，本发明提供本发明的悬浮液用于生产化学品或药品，例如作为防腐剂(antiseptic)，粘度调节剂或pH调节剂,或作为稳定剂的用途。在再一实施方案中，本发明提供本发明的悬浮液例如在加工天然产品，例如木材，胶乳橡胶和/或皮革中作为杀生物剂，杀虫剂或阻燃剂的用途。使用可以是浓缩形式或者在稀释之后。发明详述优选地，引入到悬浮液中的含硼化合物选自硼酸，其水合或非水合形式的多硼酸钠或钾，硼酸酐，偏硼酸钠或钾，优选四硼酸钠，五硼酸钠或八硼酸钠，更优选十水合四硼酸钠或硼砂(Na2B4O7.IOH2O),四水硼砂(Na2B4O7.4H20)，硬硼钙石(Ca2B6O11.1OH2O)及其混合物。在本发明的上下文中，要理解一部分含硼化合物可进入到溶液内。因此，悬浮液包括适量的一种或多种含硼化合物，其溶解度高于在特定溶剂内的这种或这些化合物的溶解度，所述溶解度通常在25°C下测量，或者在没有规定时，在室温下，所述室温通常使用23°C。脱水硼砂在水中的溶解度例如是约4.71wt%。发明人已发现，与使用粉末形式的相同化合物相比，有利的是，使用粒状物形式的含硼化合物。发明人已发现，粒状物比较容易操作，并在车间内产生较少的灰尘。这便于保持车间比较清洁且使得供应比较简单以确保对于操作的个体来说良好的工业卫生。还发现粒状物颗粒更加容易润湿，结果粒状物更加容易进入悬浮液内。发明人优选使用具有下述粒度分布的粒状物形式，其中通过筛分，最多20.00wt%的颗粒穿过开孔为0.063 mm的筛子,更优选最多10.00wt%,甚至更优选最多6.00wt%和优选最多4.00wt%。另外，优选最多10.00wt%保留在开孔为1.0OOmm的筛子内，优选最多6.00wt%,更优选最多4.00wt%,典型地甚至最多2.00wt%,和视需要不大于1.00wt%。优选作为替代方案，可选择筛分规格使得采用US标准筛No8 (2.38mm筛孔)，仅仅最多0.lwt%保留，另外更优选采用US标准筛No20 (0.841mm筛孔)，最多2.0wt%保留。可商购且合适的含硼化合物例如以商品名ENTIMADEN 获自Etimine SA,即EtiMine的一个子公司，也称为Eti Mine Works, 一个土耳其公司，和获自Borax Company,Rio Tinto的一个子公司，即一个决策中心在英国和澳大利亚的国际集团。对于硼酸来说，BoraxCompany可使用商品名Optibor 并提供具有额外注解SQ的含硼化合物,例如还含有四硼酸钾的硼酸，它尤其拟用于核工业。在这一应用中，发明人优选使用较大的粒状物，例如根据使用US标准筛N0.8的技术规格的粒状物，但含有较低量特定杂质，例如最多3.0ppmSO4和/或最多0.4ppm Cl,和/或最多2.0ppm Fe，这些总是以重量为基础表示，和尤其可适用于硼酸。含硼化合物的其他粒状物包括视需要最多500ppm SO4，优选最多350ppm SO4,更优选最多70ppm SO4,最多50ppm Cl,优选最多18ppm Cl,更优选最多IOppm Cl,和/或最多IOppm Fe,优选最多7ppm Fe,和更优选最多6ppm Fe,这些总是以重量为基础表不。在本发明的上下文中，卡波姆定义为包括不饱和酸或其衍生物，例如酯或酰胺作为单体的一种水溶性聚合物，它可优选用化学式CH2=CR-CO-G或CH2=CR-COO-A1表示。在这一化学式中，R表示选自H，单价烷基，芳基或烷芳基和单价环烷基中的取代基，尽管优选H作为取代基，和CH3是非常可接受的第二选择。尽管如此，但R也可选自烷基，烷氧基，卤代烷基，氰烷基，和还含有1-9个碳原子的类似基团。G可表示胺基-NL2,例如-NH2，在此情况下，该单体优选丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺。独立地来自R和G中的A1和/或L表示选自H，单价烷基，芳基，或烷芳基和单价环烷基中的取代基，尽管优选H作为取代基，在此情况下，该单体可以是不饱和羧酸。尽管如此，A1和/或L也可选自烷基，烷氧基，卤代烷基，氰烷基和含有1-35个碳原子的类似基团。
卡波姆优选主要或完全是(甲基)丙烯酸或甲基丙烯酸的均聚物，或其混合物的共聚物，且可交联。
任选地，可使用其他共聚物。除了单羧酸和/或其酯以外，进一步也可使用多羧酸和/或其酯作为共聚单体，例如丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，和任选地烷基烷氧化酯，例如烷基烷氧化丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，它可以是C15-C35烷基烷氧化丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。特别地，优选含有至少一个碳-碳烯属双键和至少一个羧基的烯键式不饱和羧酸，和/或其酯。合适的实例包括丙烯酸类，尤其丙烯酸，甲基丙烯酸，乙基丙烯酸，α-氰基丙烯酸，甲基丙烯酸(巴豆酸)，α-苯基丙烯酸，丙烯酰氧基丙酸，肉桂酸，对氯肉桂酸，1-羧基-4-苯基-1，3- 丁二烯，3-丙烯酰胺基-3-甲基丁酸，衣康酸，柠康酸，中槺酸，戊烯二酸，乌头酸，马来酸，富马酸和三羧基乙烯。合适的多羧酸的实例包括酸酐，例如马来酸酐，其中通过从位于相同羧酸分子上的两个羧基中消除I分子的水，形成酸酐基。然而，优选丙烯酸和甲基丙烯酸。
烷基烷氧化丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯是疏水共聚单体。该疏水共聚单体通常是酸的酯或者其中的两种或更多种的混合物，且它可包括各种已知的(甲基)丙烯酸酯或(甲基)丙烯酰胺之一。
烷基烷氧化(甲 基)丙烯酸酯中的烷基可含有5-30个碳原子，优选15-30，更优选20-25个碳原子。烷基结构可含有伯，仲，或叔碳结构。合适的烷基烷氧化丙烯酸酯的实例包括丙烯酸甲氧基甲酯，丙烯酸甲氧基乙酯，丙烯酸乙氧基乙酯，丙烯酸丁氧基乙酯，或丙稀酸乙氧基丙酷。烧基结构也可含有苯基，所述苯基可被取代，和合适的烧基结构是羊基苯基，壬基苯基和十二烷基苯基结构，其中烷氧化衍生物，例如含有1-12个乙氧基和/或丙氧基的那些可容易商购。
卡波姆中的单体可以是丙烯酸十八烷酯，丙烯酸二十二烷酯，丙烯酸十二烷酯，丙烯酸十六烷酯和类似物；及其氰基衍生物；甲基丙烯酸酯，例如甲基丙烯酸硬脂基酯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸辛酯，甲基丙烯酸异丙酯，甲基丙烯酸2-乙基己酯，甲基丙烯酸正己酯，甲基丙烯酸十八烷酯，甲基丙烯酸二十二烷酯，甲基丙烯酸十二烷酯，甲基丙烯酸十六烷酯，和类似物。两种或三种长链丙烯酸酯的混合物可成功地与该羧酸和/或酯单体之一聚合。优选的疏水单体是直链长链的疏水单体，其中烷基含至少12个碳原子，例如甲基丙烯酸硬脂基酯，甲基丙烯酸十六烷酯和甲基丙烯酸二十二烷酯。任选地，可使用含有用疏水烷基或烷芳基封端的聚环氧烷支链的复杂疏水物。
对于烷氧化醇中的(甲基)丙烯酸酯来说，烷基典型地为C8-C24烷基；烷芳基，其中包括烷基苯基，例如辛基苯基和壬基苯基；或者多环烃基化合物，例如羊毛脂或胆固醇的残基。合适的烷基包括十三烷基，肉豆蘧基，十五烷基，鲸蜡基，棕榈基，硬脂基，二十烷基，和二十二烧基(behenyl)或二十二烧基(docosyl)或其混合物。这一合适的单体混合物可例如来自于烧氧化月桂基、硬脂基、餘腊基和掠桐基醇的混合物。
以上所述的卡波姆(共)聚物优选被交联。作为交联剂，可使用各种多不饱和单体，于是获得或者部分或者基本上交联的三维网络。合适的交联剂包括蔗糖或季戊四醇的烯丙基醚，或者其他多不饱和单体，例如二烯丙酯，二甲基烯丙基醚，烯丙基或甲基烯丙基的丙烯酸酯和丙烯酰胺，四烯丙基锡，四乙烯基硅烷，多链烯基甲烷类，二丙烯酸酯类和二甲基丙烯酸酯类，二乙烯基化合物，例如二乙烯基苯，二乙烯基二醇，多烯丙基磷酸酯，二烯丙基氧基化合物，亚磷酸酯，和类似物。典型的多不饱和单体包括二，三或四，五或六-烯丙基蔗糖；二，三或四-烯丙基季戊四醇；二烯丙基邻苯二甲酸酯，二烯丙基衣康酸酯，二烯丙基富马酸酯，二烯丙基马来酸酯，二乙烯基苯，甲基丙烯酸烯丙酯，柠檬酸烯丙酯，乙二醇二(甲基)丙烯酸酯，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，1，6-己二醇二丙烯酸酯，季戊四醇三丙烯酸酯，四亚甲基二乙基丙烯酸酯，四亚甲基二丙烯酸酯，亚乙基二丙烯酸酯，亚乙基二甲基丙烯酸酯，三甘醇甲基丙烯酸酯，亚甲基双丙烯酰胺和类似物。也可使用用烯键式不饱和羧酸和类似物酯化的蓖麻油或多元醇。优选的交联剂包括烯丙基季戊四醇，烯丙基蔗糖，三羟甲基丙烧稀丙基酿，和二乙稀基二醇。根据本发明优选的卡波姆可以是具有式(I)的聚合物。
权利要求
1.含硼化合物在极性溶剂、优选水中的悬浮液，其特征在于该悬浮液包括卡波姆，优选其用量足以保持该含硼化合物悬浮，和更优选保持该悬浮液稳定较长的时间段。
2.权利要求1的悬浮液，其特征在于含硼化合物选自硼酸，其水合或非水合形式的多硼酸钠或钾，硼酸酐，偏硼酸钠或钾，优选四硼酸钠，五硼酸钠或八硼酸钠，更优选十水合四硼酸钠或硼砂(Na2B4O7.IOH2O),四水硼砂(Na2B4O7.4H20)，硬硼钙石(Ca2B6O11.1OH2O)及其混合物。
3.权利要求1或2的悬浮液，其中卡波姆是衍生于不饱和酸，优选丙烯酸或甲基丙烯酸或其混合物的水溶性聚合物，和其中该聚合物优选被交联。
4.前述任何一项权利要求的悬浮液，它进一步包括选自羧甲基纤维素(CMC)，纤维素胶和黄原胶中的额外的分散剂。
5.前述任何一项权利要求的悬浮液，其中卡波姆的存在浓度为至少5ppm重量，优选至少50ppm重量，更优选至少500ppm重量,甚至更优选至少750ppm重量,仍更优选至少900ppm重量，更优选至少0.lwt%,优选至少0.2wt%,更优至少选0.5wt%,甚至更优选至少1.0wt%,优选至少2.0wt%,和任选地最多6.0wt%,优选不大于5.0wt%,更优选最多4.0wt%,其中浓度以相对于悬浮液的重量表示，但不包括处于悬浮状态下的含硼化合物的用量。
6.前述任何一项权利要求的悬浮液，其中pH为最多13.0,优选最多12.0,更优选最多I1.0，甚至更优选最多10.0，优选最多9.0和更优选最多8.0。
7.前述任何一项权利要求的悬浮液，进一步包括选自表面张力剂，消泡剂，腐蚀抑制齐 ，除垢剂，光学澄清剂，杀真菌剂，杀细菌剂或抗菌剂，着色剂，润湿剂，粘度改性剂，流变学改性剂，防冻剂，溶剂，填料，及其混合物中的至少一种成分。
8.前述任何一项权利要求的悬浮液用于吸收中子的用途，其中该悬浮液优选含有至少10%的硼-10，更优选至少12%硼-10，甚至更优选至少14%硼-10，优选至少16%硼-10，更优选至少18%硼-10，和仍更优选至少19%的硼-10，其中其余硼主要以硼-11形式存在。
9.权利要求8的用途，优选在压力下提供有水循环的核反应器或者“加压水反应器(PWR) ”内，用于由核能生成电能。
10.权利要求8或9的用途，其用于选自核反应中毒，核反应的控制或掌控和核反应的停工中的目的或功能，用以保持控制使用过的铀棒，其中该核反应优选是核裂变反应。
11.权利要求1-7任何一项的悬浮液用于生产玻璃，例如玻璃纤维，优选硼硅酸盐玻璃的用途。
12.权利要求1-7任何一项的悬浮液用于生产肥料中的用途。
13.权利要求1-7任何一项的悬浮液用于生产化妆产品或药品，例如作为防腐剂，粘度调节剂或PH调节剂，或作为稳定剂的用途。
14.权利要求1-7任何一项的悬浮液在加工天然产品，例如木材，胶乳橡胶和/或皮革中作为杀生物剂， 杀虫剂或阻燃剂的用途。
全文摘要
本发明涉及晶体、粉末或粒状物形式的含硼化合物在含有卡波姆作为分散剂的溶剂内的悬浮液。这一悬浮液甚至在高浓度下非常稳定，且显示出有利的非牛顿粘度行为，这使得它适合于许多应用，例如用于在由核能生成电能的情况下，控制裂变反应。
文档编号B27K3/32GK103221499SQ201180043538
公开日2013年7月24日 申请日期2011年7月19日 优先权日2010年7月20日
发明者P·瑟勒马斯, O·瑟勒马斯 申请人:C-Ip股份有限公司